1. Programação
Concorrente
Sincronização
Glêdson Elias
gledson@di.ufpb.br

2. Sincronização
 Monitores
 Construção que pode ser usada para exclusão
mútua e sincronização de processos
 Proposto por Dijkstra e posteriormente
implementado por Hoare e Hansen
 Explicita e centraliza as sessões críticas em
uma parte especial do código
 Exclusão mútua é automaticamente forçada
 Facilita o entendimento
 Não adota primitivas para demarcar regiões
críticas
 Evita o esquecimento do uso das primitivas
Programação Concorrente Glêdson Elias

3. Sincronização
 Monitores
 Um monitor possui . . .
 Nome que tem o propósito de identificação
 Variáveis globais que são compartilhadas entre
os processos que usam do monitor
 Procedimentos de entrada (procedure entries)
que podem ser ativados pelos processos
 Podem possuir variáveis locais e parâmetros
 Um único processo poder ativar os
procedimentos do monitor, a cada instante
 Impõe a exclusão mútua entre processos
 Variáveis globais somente podem ser acessadas
a partir dos procedimentos
 Código de inicialização das variáveis globais
Programação Concorrente Glêdson Elias

4. Sincronização
 Monitores
monitor: nomemonitor;
declaração de variáveis globais;
procedure operação1(parâmetros);
declaração de variáveis locais;
begin
código que implementa a operação
end;
...
procedure operaçãoN(parâmetros);
declaração de variáveis locais;
begin
código que implementa a operação
end;
begin
código de inicialização das variáveis globais
end
Programação Concorrente Glêdson Elias

5. Sincronização
 Monitores x Semáforos
Processo 1 Processo 2 Processo N
S
e Begin Begin Begin
m ... ... ...
á P(s)
Sessão crítica 1
P(s)
Sessão crítica 2
P(s)
Sessão crítica N
f V(s) V(s) V(s)
o ... ... ...
r End; End; End;
o
M
o Begin Begin Begin
n ... ... ...
i oper1(params); oper2(params); operN(params);
t ... ... ...
o End; End; End;
r
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6. Sincronização
 Monitores
 Podem ser implementados como uma classe em
linguagens orientadas a objetos
 Nome da classe ou instância do objeto
representa o nome do monitor
 Atributos representam as variáveis globais
compartilhadas
 Métodos representam os procedimentos de
entrada
 Construtor representa o código de inicialização
das variáveis compartilhadas
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7. Sincronização
 Monitores em Java
 Todo objeto Java possui um monitor associado
 Primitiva synchronized permite acessar o
monitor de um objeto
 Primitiva pode ser usada em métodos ou
trechos de código (statements)
 Assegura que, em um dado instante, apenas um
único thread pode executar métodos do objeto
 Thread possui o bloqueio (lock) do monitor do
objeto
 Thread está dentro do monitor do objeto
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8. Sincronização
 Monitores em Java
 Primitiva synchronized
 Métodos Sincronizados
 Métodos estáticos também podem ser
sincronizados
 Instâncias e classe possuem monitores (locks)
independentes
 Cada monitor (objeto / classe), em um dado
instante, permite a execução de um único thread
 Trechos de Código Sincronizados
 Pode incrementar a concorrência de threads
 Permite execução simultânea de diversos
métodos
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9. Sincronização
 Monitores em Java
Dados
O
b Método Fila de processos do
j sincronizado monitor da classe
e Método Fila de processos do
sincronizado monitor do objeto
t
o
Método não
sincronizado Conjunto de processos
sem bloqueio dos monitores
Método não
sincronizado
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10. Sincronização
 Monitores em Java
 Métodos Sincronizados
public class SynchClassName {
private String globalVar;
public SynchClassName() {
}
public synchronized void synchMethod() {
String localVar;
}
public void nonSynchMethod() {
}
public static synchronized void synchStaticMethod() {
}
public static void nonSynchStaticMethod() {
}
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

11. Sincronização
 Monitores em Java
 Métodos Sincronizados
public class SynchClass {
public synchronized void synchMethod(int i) {
while (true) System.out.println(i);
}
public void nonSynchMethod(int i) {
while (true) System.out.println(i);
}
public static synchronized void synchStaticMethod(int i) {
while (true) System.out.println(i);
}
public static void nonSynchStaticMethod(int i) {
while (true) System.out.println(i);
}
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

12. Sincronização
 Monitores em Java
 Métodos Sincronizados
public class SynchImpl extends Thread {
int id;
SynchClass sc; public SynchImpl(int id, SynchClass sc) {
... this.id = id;
public void run() { this.sc = sc;
switch (id) { }
case 0:
case 1: sc.synchMethod(id); break;
case 2:
case 3: sc.nonSynchMethod(id); break;
case 4:
case 5: SynchClass.synchStaticMethod(id); break;
case 6:
case 7: SynchClass.nonSynchStaticMethod(id); break;
}
} public static void main (String[] args) {
... SynchClass sc = new SynchClass();
} for (int i=0; i < 8; i++)
(new SynchImpl(i, sc)).start();
}
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13. Sincronização
 Monitores em Java
 Trechos de Código Sincronizados
public class SynchClassName {
private String globalVar;
private Object lock1 = new Object();
private Object lock2 = new Object();
public void nonsyncMethod() {
String localVar;
... public void nonsyncMethod1() {
synchronized (this) { synchronized (lock1) {
... ...
} }
... }
}
public void nonsyncMethod2() {
synchronized (lock2) {
...
}
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

14. Sincronização
 Monitores em Java
 Trechos de Código Sincronizados
public class SynchClass {
private Object lock1 = new Object();
private Object lock2 = new Object();
public void synchThisMethod(int i) {
synchronized (this) {
while (true) System.out.println(i);
}
}
public void synchLock1Method(int i) {
synchronized (lock1) {
while (true) System.out.println(i);
}
}
public void synchLock2Method(int i) {
synchronized (lock2) {
while (true) System.out.println(i);
}
}
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

15. Sincronização
 Monitores em Java
 Trechos de Código Sincronizados
public class SynchImpl extends Thread {
int id;
SynchClass sc;
public SynchImpl(int id, SynchClass sc) {
this.id = id;
this.sc = sc; public static void main (String[] args) {
} SynchClass sc = new SynchClass();
for (int i=0; i < 6; i++)
public void run() { (new SynchImpl(i, sc)).start();
switch (id) { }
case 0:
case 1: sc.synchThisMethod(id); break;
case 2:
case 3: sc.synchLock1Method(id); break;
case 4:
case 5: sc.synchLock2Method(id); break;
}
}
...
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

16. Sincronização
 Monitores em Java
 Perigo de Deadlocks
 Deve-se tomar cuidado para evitar deadlock
public class BadSynchClass {
private int value;
public synchronized int get() {
return value;
}
public synchronized void set(int i) {
value = i;
}
public synchronized void swap(BadSynchClass bsc) {
int tmp = get();
set(bsc.get()); public BadSynchClass(int v) {
bsc.set(tmp); value = v;
} }
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

17. Sincronização
 Monitores em Java
 Perigo de Deadlocks
public class BadSynchImpl extends Thread {
BadSynchClass a, b;
public BadSynchImpl(BadSynchClass a, BadSynchClass b) {
this.a = a;
this.b = b;
}
public void run() {
a.swap(b);
System.out.println(“A: “ + a.get() + “ B: “ + b.get());
}
public static void main (String[] args) {
BadSynchClass a = new BadSynchClass(1);
BadSynchClass b = new BadSynchClass(2);
(new BadSynchImpl(a, b)).start();
(new BadSynchImpl(b, a)).start();
}
}
Programação Concorrente Glêdson Elias

18. Sincronização
 Sincronização com Monitor
 Monitor suporta o conceito de sincronização
condicional (conditional synchronization)
 Processos esperam que uma dada condição
torne-se verdadeira
 Implementada com variáveis de condição
(condition variables)
 São usadas para suspender e reativar
processos
 São associadas a condições que causam a
suspensão ou reativação de um processo
 Possuem duas operações (wait / signal)
Programação Concorrente Glêdson Elias

19. Sincronização
 Sincronização com Monitor
 x.wait()
 Suspende processo chamador e libera monitor
 Monitor insere processo suspenso na fila de
espera associada à variável de condição
 x.signal()
 Reativa processo que está aguardando na fila
associada à variável de condição
 Processo reativado retoma a execução do ponto
logo após a chamada do wait
 Processo chamador pode ou não liberar monitor
(depende da implementação do monitor)
Programação Concorrente Glêdson Elias

20. Sincronização
 Sincronização com Monitor
 Reativação de Processos
 Monitor Hoare
 Processo chamador libera o monitor
 Processo reativado inicia execução
 Monitor Estilo Java
 Processo chamador continua a execução
 Processo reativado apenas aguarda a
oportunidade de entrar no monitor
Qual processo deve executar após a
chamada da operação signal?
Programação Concorrente Glêdson Elias

21. Sincronização
 Monitor Hoare
 Processo da fila executa após a notificação
 Permite que o processo notificado inicie sua
execução sem intervenção de outros
processos
 Estado no qual o processo inicia a execução é o
mesmo de quando a notificação foi realizada
 Processo pode assumir que a condição é
verdadeira após ser reativado
 Assume que a notificação é ativada apenas
quando a condição é verdadeira
if (! condition) x.wait();
Programação Concorrente Glêdson Elias

22. Sincronização
 Monitor Estilo Java
 Processo notificador continua a execução após
realizar a notificação
 Processo reativado não pode assumir que a
condição é verdadeira
 Notificação é apenas um indicativo de que a
condição pode ser verdadeira
 Processo reativado deve explicitamente
reavaliar a condição ao ser reativado
 Se a condição for falsa, processo deve ser
suspenso novamente
while (!condition) x.wait();
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23. Sincronização
 Monitores Java
 Java não possui variáveis de condição
 Todo objeto possui uma única fila de
notificação
 Todo objeto suporta as operações wait /
notify / notifyAll
 Somente podem ser ativadas por thread que
possui o monitor do objeto
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24. Sincronização
 Monitores Java
Fila de notificação
Dados do objeto
O
b Método Fila de processos do
j sincronizado monitor da classe
e Método Fila de processos do
sincronizado monitor do objeto
t
o
Método não
sincronizado Conjunto de processos
sem bloqueio dos monitores
Método não
sincronizado
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25. Sincronização
 Monitores Java
 wait()
 Suspende thread chamador e o insere na fila de
notificação do objeto
 notify() / notifyAll()
 Reativa um único thread (notify) ou todos os
threads (notifyAll) da fila de notificação do
objeto
 Thread chamador continua execução e não
libera o monitor
 Cada thread reativado é colocado na fila do
monitor do objeto
Programação Concorrente Glêdson Elias